The impact of topical prostaglandin analogs on the biomechanical properties of the cornea in patients with open angle glaucoma

Justification: Le glaucome entraîne une perte progressive de la vision causée par la détérioration du nerf optique. Le glaucome est répandu dans le monde et cause la cécité dans environ sept millions de personnes. Le glaucome touche plus de 400 000 Canadiens et sa prévalence augmente avec le vieillissement de la population.1,2 Il s'agit d'une maladie chronique surnoise dont les symptômes se manifestent uniquement lors des stades avancés et qui peuvent mener à la cécité. Présentement, le seul moyen possible d’arrêter la progression du glaucome au stade initial est de diminuer la pression intra-oculaire (PIO). Les analogues de prostaglandines (APG) topiques sont fréquemment utilisées comme traitement de première ligne. Cependant, la recherche démontre que cette classe de médicaments peut changer certaines propriétés de la cornée, et possiblement influencer la mesure de la PIO.3 Objectif: À déterminer si l'utilisation d'APG affecte les propriétés biomécaniques de la cornée. La conclusion sera basée sur l'analyse intégrée des résultats obtenus de l'analyseur Reichert oculaire Réponse (ORA), la tonométrie par applanation de Goldmann (TAG) et la pachymétrie ultrasonographique. Le deuxième objectif potentiel de cette étude est de déterminer la corrélation, le cas échéant, entre les propriétés biomécaniques de la cornée, l'épaisseur de la cornée centrale (ECC) et la PIO chez les patients subissant un traitement d’APG topique. L'hypothèse principale de cette étude est que l’APG influence les propriétés de la cornée telles que l'épaisseur centrale, l'élasticité et la résistance. Patients et méthodes : Soixante-dix yeux de 35 patients, âgés de 50-85 ans, atteints de glaucome à angle ouvert (GAO) et traités avec APG topique ont été examinés. Seulement les sujets avec une réfraction manifeste entre -6,00 D et +4,25 D ont été inclus. Les critères d'exclusion sont: patients avec n'importe quelle autre maladie de la cornée de l’œil, telles que la dystrophie endothéliale de Fuch’s et kératocône, ou tout antécédent de traumatisme ou d'une chirurgie de la cornée, ainsi que le port de lentilles de contact. Nous avons demandé aux patients atteints du glaucome qui ont des paramètres stables et qui utilisent l’APG dans les deux yeux de cesser l’APG dans l'œil moins affecté par la PIO, et de continuer l’utilisation d’APG dans l'œil contralatéral. Le meilleur œil est défini comme celui avec moins de dommage sur le champ visuel (CV) (déviation moyenne (DM), le moins négatif) ou une PIO maximale historique plus basse si la DM est égale ou encore celui avec plus de dommage sur la tomographie par cohérence optique (TCO, Cirrus, CA) ou la tomographie confocale par balayage laser (HRT, Heidelberg, Allemagne). Toutes les mesures ont été prises avant la cessation d’APG et répétées 6 semaines après l’arrêt. Les patients ont ensuite recommencé l’utilisation d’APG et toutes les mesures ont été répétées encore une fois après une période supplémentaire de 6 semaines. Après commencer ou de changer le traitement du glaucome, le patient doit être vu environ 4-6 semaines plus tard pour évaluer l'efficacité de la goutte.4 Pour cette raison, on été décidé d'utiliser 6 semaines d'intervalle. Toutes les mesures ont été effectuées à l’institut du glaucome de Montréal par le même technicien, avec le même équipement et à la même heure de la journée. L'œil contralatéral a servi comme œil contrôle pour les analyses statistiques. La tonométrie par applanation de Goldmann a été utilisée pour mesurer la PIO, la pachymétrie ultrasonographique pour mesurer l'ECC, et l’ORA pour mesurer les propriétés biomécaniques de la cornée, incluant l'hystérèse cornéenne (HC). L’hypothèse de l'absence d'effet de l'arrêt de l’APG sur les propriétés biomécaniques a été examiné par un modèle linéaire à effets mixtes en utilisant le logiciel statistique R. Les effets aléatoires ont été définies à deux niveaux: le patient (niveau 1) et l'œil de chaque patient (niveau 2). Les effets aléatoires ont été ajoutés au modèle pour tenir compte de la variance intra-individuelle. L’âge a également été inclus dans le modèle comme variable. Les contrastes entre les yeux et les temps ont été estimés en utilisant les valeurs p ajustées pour contrôler les taux d'erreur internes de la famille en utilisant multcomp paquet dans R. Résultats: Une augmentation statistiquement significative due l 'HC a été trouvée entre les visites 1 (sur APG) et 2 (aucun APG) dans les yeux de l'étude, avec une moyenne (±erreur standard) des valeurs de 8,98 ± 0,29 mmHg et 10,35 ± 0,29 mmHg, respectivement, correspondant à une augmentation moyenne de 1,37 ± 0,18 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 1,25 ± 0,18 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne HC finale de 9,09 ± 0,29 mmHg. En outre, une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,01 ± 0,23 mmHg, p <0,001) et non lors des visites 1 et 3. Une augmentation statistiquement significative du facteur de résistance conréen (FRC) a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 10,23 ± 0,34 mmHg et 11,71 ± 0,34 mmHg, respectivement. Le FRC a ensuite été réduit de 1,90 ± 0,21 mmHg (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne FRC finale de 9,81 ± 0,34 mmHg. Une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,46 ± 0,23 mmHg, p <0,001). Une augmentation statistiquement significative de l'ECC a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 541,83 ± 7,27 µm et 551,91 ± 7,27 µm, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 10,09 ± 0,94 µm (p <0,001). L'ECC a ensuite diminué de 9,40 ± 0,94 µm (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne finale de 542,51 ± 7,27 µm. Une différence entre l’étude et le contrôle des yeux n'a été enregistré que lors de la visite 2 (11,26 ± 1,79 µm, p <0,001). De même, on a observé une augmentation significative de la PIO entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 15,37 ± 0,54 mmHg et 18,37 ± 0,54 mmHg, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 3,0 ± 0,49 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 2,83 ± 0,49 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne de la PIO finale de 15,54 ± 0,54 mmHg. L’oeil de contrôle et d’étude ne différaient que lors de la visite 2 (1,91 ± 0,49 mmHg, p <0,001), ce qui confirme l'efficacité du traitement de l’APG. Lors de la visite 1, le biais de la PIO (PIOcc - PIO Goldmann) était similaire dans les deux groupes avec des valeurs moyennes de 4,1 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles et de 4,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux d’études. Lors de la visite 2, après un lavage de 6 semaines d’APG, le biais de la PIO dans l'œil testé a été réduit à 1,6 ± 0,54 mmHg (p <0,001), ce qui signifie que la sous-estimation de la PIO par TAG était significativement moins dans la visite 2 que de la visite 1. La différence en biais PIO moyenne entre l'étude et le contrôle des yeux lors de la visite 2, en revanche, n'a pas atteint la signification statistique (p = 0,124). On a observé une augmentation peu significative de 1,53 ± 0,60 mmHg (p = 0,055) entre les visites 2 et 3 dans les yeux de l'étude, avec une valeur de polarisation finale de la PIO moyenne de 3,10 ± 0,54 mmHg dans les yeux d'études et de 2,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles. Nous avons ensuite cherché à déterminer si une faible HC a été associée à un stade de glaucome plus avancé chez nos patients atteints du glaucome à angle ouvert traités avec l’APG. Lorsque l'on considère tous les yeux sur l’APG au moment de la première visite, aucune association n'a été trouvée entre les dommages sur le CV et l'HC. Cependant, si l'on considère seulement les yeux avec un glaucome plus avancé, une corrélation positive significative a été observée entre la DM et l'HC (B = 0,65, p = 0,003). Une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de champ visuelle plus négative et donc plus de dommages liés au glaucome. Conclusions : Les prostaglandines topiques affectent les propriétés biomécaniques de la cornée. Ils réduisent l'hystérèse cornéenne, le facteur de résistance cornéen et l'épaisseur centrale de la cornée. On doit tenir compte de ces changements lors de l'évaluation des effets d’APG sur la PIO. Plus de recherche devrait être menées pour confirmer nos résultats. De plus, d’autres études pourraient être réalisées en utilisant des médicaments qui diminuent la PIO sans influencer les propriétés biomécaniques de la cornée ou à l'aide de tonomètre dynamique de Pascal ou similaire qui ne dépend pas des propriétés biomécaniques de la cornée. En ce qui concerne l'interaction entre les dommages de glaucome et l'hystérésis de la cornée, nous pouvons conclure qu' une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de CV plus négative. Mots Clés glaucome - analogues de prostaglandines - hystérèse cornéenne – l’épaisseur de la cornée centrale - la pression intraoculaire - propriétés biomécaniques de la cornée.

Kinetic and crystallographic studies of glucopyranose spirohydantoin and glucopyranosylamine analogs inhibitors of glycogen phosphorylase

Glycogen phosphorylase (GP) is currently exploited as a target for inhibition of hepatic glycogenolysis under high glucose conditions. Spirohydantoin of glucopyranose and N-acetyl-beta-D-glucopyranosylamine have been identified as the most potent inhibitors of GP that bind at the catalytic site. Four spirohydantoin and three beta-D-glucopyranosylamine analogs have been designed, synthesized and tested for inhibition of GP in kinetic experiments. Depending on the functional group introduced, the K(i) values varied from 16.5 microM to 1200 microM. In order to rationalize the kinetic results, we determined the crystal structures of the analogs in complex with GP. All the inhibitors bound at the catalytic site of the enzyme, by making direct and water-mediated hydrogen bonds with the protein and by inducing minor movements of the side chains of Asp283 and Asn284, of the 280s loop that blocks access of the substrate glycogen to the catalytic site, and changes in the water structure in the vicinity of the site. The differences observed in the Ki values of the analogs can be interpreted in terms of variations in hydrogen bonding and van der Waals interactions, desolvation effects, ligand conformational entropy, and displacement of water molecules on ligand binding to the catalytic site.

Fragment-Based QSAR and Molecular Modeling Studies on a Series of Discodermolide Analogs as Microtubule-Stabilizing Anticancer Agents

Inhibition of microtubule function is an attractive rational approach to anticancer therapy. Although taxanes are the most prominent among the microtubule-stabilizers, their clinical toxicity, poor pharmacokinetic properties, and resistance have stimulated the search for new antitumor agents having the same mechanism of action. Discodermolide is an example of nontaxane natural product that has the same mechanism of action, demonstrating superior antitumor efficacy and therapeutic index. The extraordinary chemical and biological properties have qualified discodermolide as a lead structure for the design of novel anticancer agents with optimized therapeutic properties. In the present work, we have employed a specialized fragment-based method to develop robust quantitative structure - activity relationship models for a series of synthetic discodermolide analogs. The generated molecular recognition patterns were combined with three-dimensional molecular modeling studies as a fundamental step on the path to understanding the molecular basis of drug-receptor interactions within this important series of potent antitumoral agents.

Quantitative structure-activity studies on a series of migrastatin analogs as inhibitors of cancer cell metastasis

Migrastatin, a macrolide natural product, and its structurally related analogs are potent inhibitors of cancer cell metastasis, invasion and migration. In the present work, a specialized fragment-based method was employed to develop QSAR models for a series of migrastatin and isomigrastatin analogs. Significant correlation coefficients were obtained (best model, q(2) = 0.76 and r(2) = 0.91) indicating that the QSAR models possess high internal consistency. The best model was then used to predict the potency of an external test set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results (R(2) (pred) = 0.85). The final model and the corresponding contribution maps, combined with molecular modeling studies, provided important insights into the key structural features for the anticancer activity of this family of synthetic compounds based on natural products.

The binding of synthetic triiodo L-thyronine analogs to human transthyretin: Molecular basis of cooperative and non-cooperative ligand recognition

Transthyretin (TTR) is a tetrameric beta-sheet-rich transporter protein directly involved in human amyloid diseases. Several classes of small molecules can bind to TTR delaying its amyloid fibril formation, thus being promising drug candidates to treat TTR amyloidoses. In the present study, we characterized the interactions of the synthetic triiodo L-thyronine analogs and thyroid hormone nuclear receptor TR beta-selecfive agonists GC-1 and GC-24 with the wild type and V30M variant of human transthyretin (TTR). To achieve this aim, we conducted in vitro TTR acid-mediated aggregation and isothermal titration calorimetry experiments and determined the TTR:GC-1 and TTR:GC-24 crystal structures. Our data indicate that both GC-1 and GC-24 bind to TTR in a non-cooperative manner and are good inhibitors of TTR aggregation, with dissociation constants for both hormone binding sites (HBS) in the low micromolar range. Analysis of the crystal structures of TTRwt:GC-1(24) complexes and their comparison with the TTRwt X-ray structure bound to its natural ligand thyroxine (T4) suggests, at the molecular level, the basis for the cooperative process displayed by T4 and the non-cooperative process provoked by both GC-1 and GC-24 during binding to TTR. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Conformational Properties of Angiotensin II and Its Active and Inactive TOAC-Labeled Analogs in the Presence of Micelles. Electron Paramagnetic Resonance, Fluorescence, and Circular Dichroism Studies

The interaction between angiotensin II (AII, DRVYIHPF) and its analogs carrying 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid (TOAC) and detergents-negatively charged sodium dodecyl sulfate (SDS) and zwitterionic N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate (HPS)-was examined by means of EPR, CD, and fluorescence. EPR spectra of partially active TOAC(1)-AII and inactive TOAC(3)-AII in aqueous solution indicated fast tumbling, the freedom of motion being greater at the N-terminus. Line broadening occurred upon interaction with micelles. Below SDS critical micelle concentration, broader lines indicated complex formation with tighter molecular packing than in micelles. Small changes in hyperfine splittings evinced TOAC location at the micelle-water interface. The interaction with anionic micelles was more effective than with zwitterionic micelles. Peptide-micelle interaction caused fluorescence increase. The TOAC-promoted intramolecular fluorescence quenching was more, pronounced for TOAC(3)-AII because of the proximity between the nitroxide and Tyr(4). CD spectra showed that although both AII and TOAC(1)-AII presented flexible conformations in water, TOAC(3)-AII displayed conformational restriction because of the TOAC-imposed bend (Schreier et al., Biopolymers 2004, 74, 389). In HPS, conformational changes were observed for the labeled peptides at neutral and basic pH. In SDS, all peptides underwent pH-dependent conformational changes. Although the spectra suggested similar folds for All and TOAC(1)-AII, different conformations were acquired by TOAC(3)-AII. The membrane environment has been hypothesized to shift conformational equilibria so as to stabilize the receptor-bound conformation of ligands. The fact that TOAC(3)-AII is unable to acquire conformations similar to those of native AII and partially active TOAC(1)-AII is probably the explanation for its lack of biological activity. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. Biopolymers (Pept Sci) 92: 525-537, 2009.

Ion pair stabilization effects on a series of procaine structural analogs

In this work, a series of 10 structural procaine analogs have been synthesized in order to investigate the structural features affecting the stability of ion pair formation and its influence on the lipophilicity of ionizable compounds. The structural variation within this series was focused on the terminal nitrogen substituents and on the intermediate chain linkage nature. The hydrophobic parameters log P(n) and log P(i) (partition coefficient of the neutral and ionic species, respectively), as well as the ionization constants pK(a) and pK(a)(oct), were obtained from log D-pH profiles measured at pH values ranging from 2 to 12. The difference between log P(i) and log P(n) values (i.e. difflog P) of each prepared compound was considered a measure of the stability of ion pair formation. In this set, the difflog P values varied nearly over one log unit, ranging from -2.40 to -3.37. It has been observed that the presence of hydrogen bonding groups (especially donor) and low steric hindrance around the terminal amine ionizable group increases the relative lipophilicity of the ionic species as compared to the corresponding neutral species. These results were interpreted as due to the increased stability of ion pairs of the compounds bearing these structural features. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solvent-induced 7R-dioxygenase activity of soybean 15-lipoxygenase-1 in the formation of omega-3 DPA-derived resolvin analogs

The resolvin family contains important anti-inflammatory and pro-resolution compounds enzymatically derived in vivo from the polyunsaturated omega-3 fatty acids, eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA). More recently, docosapentaenoic acid (DPA) has emerged as another potentially important precursor in the biological production of resolvin compounds. In this work we have used medium engineering to develop a simple method for the controlled synthesis of two di-hydroxylated diastereomers of DPAn-3 catalyzed by soybean 15-lipoxygenase-1 (15-sLOX-1) in the presence of short chain n-alcohols, including methanol, ethanol and propan-1-ol. The complete structures of the two major products, 7S,17S-dihydroxydocosapenta-8Z,10E,13Z,15E,19Z-enoic acid (7S,17S-diHDPAn-3) and 7R,17S-dihydroxydocosapenta-8Z,10E,13Z,15E,19Z- enoic acid (7R,17S-diHDPAn-3), have been elucidated using spectroscopic analysis. The alcohol-dependent R-dioxygenase activity of soybean 15-lipoxygenase with mono-hydroperoxide intermediate substrates has also been demonstrated with other biologically relevant PUFAs, including DHA, EPA and ARA. The developed method has applications in the production of closely related isomers of naturally occurring resolvins and protectins, demonstrating the versatility of 15-sLOX-1 as a biocatalyst. © 2014 Elsevier B.V.

Molecular determinants of binding of a wasp toxin (PMTXs) and its analogs in the Na+ channels proteins

The structural specificity of alpha-PMTX, a novel peptide toxin derived from wasp venom has been studied on the neuromuscular synapse in the walking leg of the lobster. alpha-PMTX is known to induce repetitive action potentials in the presynaptic axon due to sodium channel inactivation. We synthesized 29 analogs of alpha-PMTX by substituting one or two amino acids and compared threshold concentrations of these mutant toxins for inducing repetitive action potentials. In 13 amino acid residues of alpha-PMTX, Arg-1, Lys-3 and Lys-12 regulate the toxic activity because substitution of these basic amino acid residues with other amino acid residues greatly changed the potency. Determining the structure-activity relationships of PMTXs will help clarifying the molecular mechanism of sodium channel inactivation. (C) 2000 Elsevier B.V. Ireland Ltd. All rights reserved.

Synthesis and pharmacological properties of TOAC-labeled angiotensin and bradykinin analogs

Angiotensin II (AngII) and bradykinin (BK) derivatives containing the TOAC (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid) spin label were synthesized by solid phase methodology. Ammonium hydroxide (pH 10, 50degreesC, 1 h) was the best means for reverting nitroxide protonation occurring during peptide cleavage. EPR spectra yielded rotational correlation times for internally labeled analogs that were nearly twice as large as those of N-terminally labeled analogs. Except for TOAC(1)-AngII and TOAC(0)-BK, which showed high intrinsic activities, other derivatives were inactive in smooth muscle preparations. These active paramagnetic analogs may be useful for conformational studies in solution and in the presence of model and biological membranes. (C) 2002 Elsevier B.V. All rights reserved.

THE EFFECT OF ANALOGS OF ANGIOTENSIN-II ON DRINKING AND CARDIOVASCULAR-RESPONSES TO CENTRAL ANGIOTENSIN-II IN THE RAT

1. Intracerebroventricular (I.C.V.) infusion (60 ng h-1) of Isoleu5-angiotensin II (Isoleu5-AngII) and des-amine-angiotensin II (des-amine-AngII) in rats caused increased drinking behaviour and an increase in arterial blood pressure.2. Des-amine-AngII caused similar increases in heart rate and arterial blood pressure as AngII.3. Previous I.C.V. injection of the antagonists [Leu8]-AngII, des-amine-[Leu8]-AngII and octanoyl-[Leu8]-AngII prevented the increases in heart rate and blood pressure produced by I.C.V. infusion of AngII and caused partial reduction of the dipsogenic response.4. The three antagonists had no effect on the increase in arterial blood pressure and heart rate caused by des-amine-AngII. The drinking response was reduced by previous injection of [Leu8]-AngII and des-amine-[Leu8]-AngII but not by octanoyl-[Leu8]-AngII.5. In conclusion, Isoleu5-AngII and des-amine-AngII increase drinking behaviour, arterial blood pressure and heart rate when infused into the cerebral ventricle of rats. The study with the antagonists showed that des-amine-AngII probably binds more strongly to AngII-receptors.

Immunohistochemical expression of HLA-DR in the conjunctiva of patients under topical prostaglandin analogs treatment

PURPOSE: Subclinical inflammation may be observed in patients using topical antiglaucomatous drugs. The objective of this study was to investigate inflammation in conjunctiva of glaucoma patients using prostaglandin analogs, by the detection of an immunogenetic marker (HLA-DR) and compare the effect of 3 different drugs: latanoprost, bimatoprost, and travoprost in the induction of this inflammation. SUBJECTS AND METHODS: Thirty-three patients with primary open-angle glaucoma were evaluated without and with prostaglandin analogs topical therapy. Imprints of conjunctival cells were obtained, fixed on glass slides, and prepared for immunohistochemical analysis. RESULTS: Before the use of prostaglandin analogs, 4 of the 33 patients evaluated presented expression of HLA-DR in the conjunctiva (mild). After 1 month on prostaglandin analog treatment, all but 1 patient presented HLA-DR staining. HLA-DR expression of these 32 patients was scored as mild (19 patients), medium (11 patients), or intense (2 patients). The differences were statistically significant both when the presence and the increased expression of HLA-DR were considered (P<0.001). When the 3 different groups were analyzed (latanoprost, bimatoprost, and travoprost) no statistically significant difference was found (P=0.27). CONCLUSIONS: The use of prostaglandin analogs eye drops provokes a subclinical inflammatory reaction, observed by HLA-DR expression, even after a short period of treatment, independently of the class of the prostaglandin analogs used. © 2009 Lippincott Williams & Wilkins, Inc.

Functional and Topological Studies with Trp-Containing Analogs of the Peptide StII(1-30) Derived From the N-Terminus of the Pore Forming Toxin Sticholysin II: Contribution to Understand its Orientation in Membrane

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)